JP6918952B2 - 被覆工具及びこれを備えた切削工具 - Google Patents
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Description
本開示は、切削加工において用いられる被覆工具及びこれを備えた切削工具に関する。
旋削加工及び転削加工のような切削加工に用いられる被覆工具としては、例えば特開２０１７−０４２９０６号公報（特許文献１）に記載の表面被覆切削工具（被覆工具）が知られている。特許文献１に記載の被覆工具は、工具基体と、（Ｔｉ1-zＡｌz）Ｎで表わされるＡ層及び（Ｃｒ1-x-yＡｌxＭy）Ｎで表わされるＢ層が工具基体の表面において交互に積層されてなる硬質被覆層とを備えている。このとき、Ａ層又はＢ層のいずれか一方のみが工具基体の表面に接している。
本開示の被覆工具は、基体と、該基体の上に位置する被覆層とを備えている。該被覆層は、前記基体の上に位置する第１部位と、該第１部位の上に位置する第２部位とを有している。前記第１部位は、アルミニウム及びチタンを含有するＡｌＴｉ部と、アルミニウム及びクロムを含有するＡｌＣｒ部とを有し、前記ＡｌＴｉ部及び前記ＡｌＣｒ部のそれぞれが、前記基体に接している。前記第２部位は、アルミニウム及びチタンを含有するＡｌＴｉ層と、アルミニウム及びクロムを含有するＡｌＣｒ層とをそれぞれ複数有し、前記ＡｌＴｉ層及び前記ＡｌＣｒ層が交互に位置している。
本開示の切削工具は、先端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述した本開示に係る被覆工具とを備えている。
＜被覆工具＞
以下、本開示の様々な実施形態に係る被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示の被覆工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
以下、本開示の様々な実施形態に係る被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示の被覆工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
（第１実施形態）
第１実施形態の被覆工具１は、四角板形状であって、四角形の第１面３（図１における上面）と、第２面５（図１における側面）と、第１面３及び第２面５が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７とを有している。また、第１実施形態の被覆工具１は、四角形の第３面８（図１における下面）をさらに有している。
第１実施形態の被覆工具１は、四角板形状であって、四角形の第１面３（図１における上面）と、第２面５（図１における側面）と、第１面３及び第２面５が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７とを有している。また、第１実施形態の被覆工具１は、四角形の第３面８（図１における下面）をさらに有している。
第１実施形態の被覆工具１においては、第１面３の外周の全体が切刃７となっていてもよいが、被覆工具１はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、四角形の第１面３における一辺のみ、若しくは、部分的に切刃７を有するものであってもよい。
第１面３は、少なくとも一部にすくい面領域３ａを有していてもよい。第１実施形態においては、第１面３における切刃７に沿った領域がすくい面領域３ａとなっている。第２面５は、少なくとも一部に逃げ面領域５ａを有していてもよい。第１実施形態においては、第２面５における切刃７に沿った領域が逃げ面領域５ａとなっている。そのため、すくい面領域３ａ及び逃げ面領域５ａが交わる部分に切刃７が位置していると言い換えてもよい。
図１では、第１面３におけるすくい面領域３ａと、それ以外の領域との境界を一点鎖線で示している。また、第２面５における逃げ面領域５ａと、それ以外の領域との境界を一点鎖線で示している。図１においては、すくい面領域３ａを含む第１面３の全体及び逃げ面領域５ａを含む第２面５の全体に被覆層１１が存在しており、少なくとも第１面３及び第２面５が交わる稜線に沿って被覆層１１が位置している例を示している。そのため、第１面３において境界を示す一点鎖線は環状となっている。
被覆工具１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、第１実施形態においては、第１面３の一辺の長さが３〜２０ｍｍ程度に設定される。また、第１面３から第１面３の反対側に位置する第３面８までの高さは５〜２０ｍｍ程度に設定される。
第１実施形態の被覆工具１は、図１及び図２に示すように、四角板形状の基体９と、この基体９の表面を被覆する被覆層１１とを備えている。被覆層１１は、基体９の表面の全体を覆っていてもよく、また、一部のみを覆っていてもよい。被覆層１１が基体９の一部のみを被覆しているときには、被覆層１１は、基体９の上の少なくとも一部に位置しているとも言うことができる。
被覆層１１の厚みとしては、例えば、０．１〜１０μｍ程度に設定できる。なお、被覆層１１の厚みは一定であっても、場所によって異なっていてもよい。
被覆層１１は、図３に示すように、基体９の上に位置する第１部位１３と、第１部位１３の上に位置する第２部位１５とを有している。第１部位１３は、アルミニウム（Ａｌ）及びチタン（Ｔｉ）を含有するＡｌＴｉ部１３ａと、アルミニウム及びクロム（Ｃｒ）を含有するＡｌＣｒ部１３ｂとを有している。
また、第２部位１５は、アルミニウム及びチタンを含有するＡｌＴｉ層１５ａと、アルミニウム及びクロムを含有するＡｌＣｒ層１５ｂとをそれぞれ複数有している。第２部位１５において、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂが交互に位置している。言い換えれば、第２部位１５は、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂが交互に積層された構成となっている。被覆層１１の積層構造は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscopy）などを用いた断面測定によって評価することが可能である。
ＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＴｉ層１５ａは、それぞれアルミニウム及びチタンのみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びチタンに加えて、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｗ及びＣｏなどの金属成分を含有していてもよい。但し、ＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＴｉ層１５ａでは、上記の金属成分と比較してアルミニウム及びチタンの含有比率の合計が高い。アルミニウムの含有比率は、例えば、４０〜７０％に設定できる。また、チタンの含有比率は、例えば、２５〜５５％に設定できる。なお、上記における「含有比率」とは、原子比での含有比率を示している。
ＡｌＴｉ部１３ａ及び複数のＡｌＴｉ層１５ａのそれぞれにおいて、アルミニウムの含有比率がチタンの含有比率よりも高くてもよく、また、ＡｌＴｉ部１３ａ及び複数のＡｌＴｉ層１５ａのそれぞれにおいて、チタンの含有比率がアルミニウムの含有比率よりも高くてもよい。
また、ＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＴｉ層１５ａは、アルミニウム及びチタンを含む金属成分のみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びチタンは、単独またはこれらを複数含む、窒化物、炭化物又は炭窒化物であってもよい。
ＡｌＣｒ部１３ｂ及びＡｌＣｒ層１５ｂは、アルミニウム及びクロムのみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びクロムに加えて、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ及びＣｏなどの金属成分を含有していてもよい。但し、ＡｌＣｒ部１３ｂ及びＡｌＣｒ層１５ｂでは、上記の金属成分と比較してアルミニウム及びクロムの含有比率の合計が高い。アルミニウムの含有比率は、例えば、２０〜６０％に設定できる。また、クロムの含有比率は、例えば、４０〜８０％に設定できる。
ＡｌＣｒ部１３ｂ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂのそれぞれにおいて、アルミニウムの含有比率がクロムの含有比率よりも高くてもよく、また、ＡｌＣｒ部１３ｂ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂのそれぞれにおいて、クロムの含有比率がアルミニウムの含有比率よりも高くてもよい。
また、ＡｌＣｒ部１３ｂ及びＡｌＣｒ層１５ｂは、アルミニウム及びクロムを含む金属成分のみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びクロムは、単独またはいずれもを含む、窒化物、炭化物又は炭窒化物であってもよい。
ＡｌＴｉ部１３ａ、ＡｌＣｒ部１３ｂ、ＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂの組成は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＳ）又はＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）などによって測定することが可能である。
ＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂの数は、特定の値に限定されるものではない。ＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂの数は、それぞれ２つ以上であればよいが、例えば、２〜５００に設定できる。
被覆層１１は、ＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＴｉ層１５ａを有していることから耐欠損性が高い。また、被覆層１１は、ＡｌＣｒ部１３ｂ及びＡｌＣｒ層１５ｂを有していることから耐摩耗性が高い。第２部位１５は、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂが交互に位置する構成となっていることから、被覆層１１の全体としての強度が高い。
なお、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂのそれぞれの厚みが厚く、且つ、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂの数が少ない場合よりも、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂのそれぞれの厚みが薄く、且つ、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂの数が多い場合の方が、被覆層１１の全体としての強度が高い。
ＡｌＴｉ部１３ａ、ＡｌＣｒ部１３ｂ、ＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂの厚みは、特定の値に限定されるものではないが、例えば、それぞれ５ｎｍ〜１００ｎｍに設定できる。なお、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂの厚みは、一定であっても、互いに異なっていてもよい。
第１実施形態における第１部位１３は、図３及び図４に示すように、第１ＡｌＴｉ部１３ａａを有している。また、第１実施形態における第１部位１３は、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａを有している。そして、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが、基体９に接している。これらの構成を満たす被覆工具１は、耐久性に優れる。
ＡｌＴｉ部１３ａ又はＡｌＣｒ部１３ｂのいずれか一方のみが基体９に接している場合には、例えば、基体９と被覆層１１との界面Ｓに大きな残留応力が存在し、界面Ｓの外周端Ｓ１（図２参照）において亀裂（クラック）が発生した場合にクラックが進展し易く、被覆層１１が基体９から剥離するおそれがある。
第１実施形態においては、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが基体９に接している。そのため、基体９と被覆層１１との界面Ｓの外周端Ｓ１においてクラックが発生したとしても、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａの境界が位置する部分Ｐ１においてクラックの進展を抑制し易い。
これにより、基体９と被覆層１１との接合性（密着性）が高く、被覆層１１が基体９から剥離する可能性を低減することができる。それゆえ、第１実施形態の被覆工具１は、耐久性に優れる。したがって、第１実施形態の被覆工具１によれば、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが基体９に接しているとは、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが実質的に基体９に接していることを意味している。具体的には、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが基体９に接しているとは、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれにおける基体９と対向する面のうち、少なくとも５％以上の領域が基体９に接していればよい。
第１ＡｌＴｉ部１３ａａは、互いに離れた複数の領域１３ａａ１において基体９に接していてもよい。このような構成を満たすときは、部分Ｐ１の数を増やすことができるので、クラックの進展を抑制する効果が高い。領域１３ａａ１の数は、２つ以上であればよいが、例えば、２〜２００００に設定できる。
特に１μｍ2あたりの領域１３ａａ１の数が１０〜５０である場合には、クラックの進展を抑制する効果をさらに高めることができる。また、被覆層１１の表面に直交する断面において、被覆層１１の厚み方向に直交する方向での１μｍあたりの領域１３ａａ１の数が３〜７である場合にも、クラックの進展を抑制する効果をさらに高めることができる。
特に、第１部位１３が、互いに離れて位置する複数の第１ＡｌＴｉ部１３ａａを有しており、各第１ＡｌＴｉ部１３ａａのそれぞれが基体９に接している場合には、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａの境界が位置する部分Ｐ１においてクラックの進展を一層抑制し易い。これは、複数の第１ＡｌＴｉ部１３ａａが互いに離れて位置していることから、第１ＡｌＴｉ部１３ａａが変形し易いため、残留応力を小さくできるからである。これにより、クラックが生じにくいことから、クラックの進展を一層抑制し易くなっている。
第１ＡｌＣｒ部１３ｂａは、互いに離れた複数の領域１３ｂａ１において基体９に接していてもよい。このような構成を満たすときは、部分Ｐ１の数を増やすことができるので、クラックの進展を抑制する効果が高い。領域１３ｂａ１の数は、２つ以上であればよいが、例えば、２〜２００００に設定できる。
特に１μｍ2あたりの領域１３ｂａ１の数が１０〜５０である場合には、クラックの進展を抑制する効果をさらに高めることができる。また、被覆層１１の表面に直交する断面において、被覆層１１の厚み方向に直交する方向での１μｍあたりの領域１３ｂａ１の数が３〜７である場合にも、クラックの進展を抑制する効果をさらに高めることができる。
特に、第１部位１３が、互いに離れて位置する複数の第１ＡｌＣｒ部１３ｂａを有しており、各第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが基体９に接している場合には、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａの境界が位置する部分Ｐ１においてクラックの進展を一層抑制し易い。これは、複数の第１ＡｌＣｒ部１３ｂａが互いに離れて位置していることから、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａが変形し易いため、残留応力を小さくできるからである。これにより、クラックが生じにくいことから、クラックの進展を一層抑制し易くなっている。
基体９は、炭化タングステン（ＷＣ）を主成分として含有する第１相と、コバルト（Ｃｏ）を主成分として含有する第２相とを備えていてもよい。炭化タングステンを主成分として含有する第１相は、一般的に硬質相とも呼ばれる。また、コバルトを主成分として含有する第２相は、コバルトが複数の第１相を結合する機能を有していることから、一般的に結合相とも呼ばれる。
第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａは、基体９における第１相及び第２相のいずれか一方のみに接していてもよく、また、第１相及び第２相の両方に接していてもよい。特に、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａが結合相とも呼ばれる第２相に接している場合には、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａと基体９との接合性が高い。
第１相が炭化タングステンを主成分として含有するとは、第１相が炭化タングステン以外の他の成分よりも高い比率で炭化タングステンを含有していることを意味している。同様に、第２相がコバルトを主成分として含有するとは、第２相がコバルト以外の他の成分よりも高い比率でコバルトを含有していることを意味している。なお、基体９の具体的な材質については、後述において詳細に説明する。
第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａは、コバルトを含有していてもよい。このような構成を満たすときは、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａと基体９との接合性が高い。第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのコバルトの含有比率は、特定の値に限定されるものではないが、例えば、それぞれ０．１〜２０％に設定できる。
第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａにおけるコバルトの含有比率は、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂにおけるコバルトの含有比率よりも高くてもよい。
第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａが上記の構成を満たすときは、第１部位１３と基体９との接合性を高めつつ、第２部位１５における、ＡｌＴｉ層１５ａの耐欠損性及びＡｌＣｒ層１５ｂの耐摩耗性への影響を小さくできる。複数のＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂのコバルトの含有比率は、特定の値に限定されるものではないが、例えば、それぞれ０．１〜１５％に設定できる。
第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び基体９の接触面積と、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａ及び基体９の接触面積とは、いずれが大きくても問題ない。第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び基体９の接触面積が、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａ及び基体９の接触面積より大きい場合には、基体９と被覆層１１との接合性が高い。
第１ＡｌＣｒ部１３ｂａは、図４に示すように、基体９の側に位置する内側面１３ｂ１と、内側面１３ｂ１と反対側に位置する外側面１３ｂ２と、外側面１３ｂ２に位置する窪み部１３ｂ３とを有していてもよい。このとき、窪み部１３ｂ３は、内側面１３ｂ１における基体９に接している部分の上方に位置していてもよい。これらの構成を満たすときは、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａの厚みのバラつきを抑えることができる。そのため、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａの強度のバラつきが抑えられることから、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａにおける残留応力のひずみが小さくなり、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａの耐久性が高められる。
窪み部１３ｂ３の数は、特定の値に限定されるものではない。窪み部１３ｂ３の数は、例えば、１μｍ2あたり１０〜５０に設定できる。
第１実施形態の被覆工具１は、図１に示すように四角板形状であるが、被覆工具１の形状としてはこのような形状に限定されるものではない。例えば、第１面３及び第３面８が四角形ではなく、三角形、六角形又は円形などであっても何ら問題ない。
第１実施形態の被覆工具１は、図１に示すように、貫通孔１７を有している。第１実施形態における貫通孔１７は、第１面３から第１面３の反対側に位置する第３面８にかけて形成されており、これらの面において開口している。貫通孔１７は、被覆工具１をホルダに保持する際に、ネジ又はクランプ部材などを取り付けるために用いることが可能である。なお、貫通孔１７は、第２面５における互いに反対側に位置する領域において開口する構成であっても何ら問題ない。
基体９の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット及びセラミックスなどの無機材料が挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ（炭化チタン）−Ｃｏ及びＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ（炭化タンタル）−Ｃｏなどが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ及びＴａＣは硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣ又はＴｉＮ（窒化チタン）を主成分とした化合物などが挙げられる。なお、基体９の材質としては、これらに限定されるものではない。
被覆層１１は、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）法などを用いることによって、基体９の上に位置させることが可能である。例えば、貫通孔１７の内周面で基体９を保持した状態で上記の蒸着法を利用して被覆層１１を形成する場合には、貫通孔１７の内周面を除く基体９の表面の全体を覆うように被覆層１１を位置させることができる。
物理蒸着法としては、例えば、イオンプレーティング法及びスパッタリング法などが挙げられる。一例として、イオンプレーティング法で作製する場合には、下記の方法によって被覆層１１を作製することができる。
第１の手順として、アルミニウム及びチタンをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットを準備する。金属源である上記のターゲットをアーク放電又はグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化したターゲットを、窒素源の窒素（Ｎ2）ガス、炭素源のメタン（ＣＨ4）ガス又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスなどと反応させるとともに、基体９の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＴｉ層１５ａを形成することが可能である。
第２の手順として、アルミニウム及びクロムをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットを準備する。金属源である上記のターゲットをアーク放電又はグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化したターゲットを、窒素源の窒素（Ｎ2）ガス、炭素源のメタン（ＣＨ4）ガス又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスなどと反応させるとともに、基体９の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＣｒ部１３ｂ及びＡｌＣｒ層１５ｂを形成することが可能である。
上記の第１の手順及び第２の手順を交互に繰り返すことによって、ＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＣｒ部１３ｂを有する第１部位１３と、複数のＡｌＴｉ層１５ａ及び複数のＡｌＣｒ層１５ｂを有する第２部位１５と、を有する被覆層１１を形成することが可能である。なお、まず第２の手順を行った後に第１の手順を行っても何ら問題ない。
ここで、第１の手順及び第２の手順を交互に繰り返す際に、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが基体９に接するように、第１の手順及び第２の手順におけるそれぞれの条件を適宜調整することによって、ＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＣｒ部１３ｂを有する第１部位１３を作製することが可能である。
また、例えば、基体９の表面の一部を覆うようにマスキングを行った上で最初に第１の手順を行い、その後、マスキングを除去した上で最初に第２の手順を行ってもよい。このような手順によってもＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＣｒ部１３ｂを有する第１部位１３を作製することが可能である。
（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態に係る被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と相違する部分を中心として説明する。そのため、第１実施形態と同様の構成を有する部分については第１実施形態における説明を援用し、説明を省略する。
次に、本開示の第２実施形態に係る被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と相違する部分を中心として説明する。そのため、第１実施形態と同様の構成を有する部分については第１実施形態における説明を援用し、説明を省略する。
第１実施形態の被覆工具１においては、第１部位１３のＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＣｒ部１３ｂが、第２部位１５におけるＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂの積層方向に直交する方向（図３における左右方向）に沿ってそれぞれ基体９に接している。一方、第２実施形態の被覆工具２０においては、第１部位１３のＡｌＴｉ部１３ａ及びＡｌＣｒ部１３ｂが、第２部位１５におけるＡｌＴｉ層１５ａ及びＡｌＣｒ層１５ｂの積層方向（図３における上下方向）に沿ってそれぞれ基体９に接している。
また、図５に示す一例においては、第１部位１３が、第１ＡｌＴｉ部１３ａａに加えて、この第１ＡｌＴｉ部１３ａａに対して第２部位１５の積層方向における上方に位置する第２ＡｌＴｉ部１３ａｂをさらに有している。また、第１部位１３が、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａに加えて、この第１ＡｌＣｒ部１３ｂａに対して第２部位１５の積層方向における上方に位置する第２ＡｌＣｒ部１３ｂｂをさらに有している。このとき、第２ＡｌＴｉ部１３ａｂ及び第２ＡｌＣｒ部１３ｂｂのそれぞれが、基体９に接している。これらの構成を満たすときは、被覆工具２０が以下のように耐久性に優れたものとなる。
第２実施形態においては、第２ＡｌＴｉ部１３ａｂ及び第２ＡｌＣｒ部１３ｂｂのそれぞれが基体９に接している。そのため、基体９と被覆層１１との界面Ｓの外周端Ｓ１（図２参照）においてクラックが発生したとしても、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａの境界が位置する部分Ｐ１に加えて、第１ＡｌＣｒ部１３ｂａ及び第２ＡｌＴｉ部１３ａｂの境界が位置する部分Ｐ２、第２ＡｌＴｉ部１３ａｂ及び第２ＡｌＣｒ部１３ｂｂの境界が位置する部分Ｐ３においてもクラックの進展を抑制することができる。そのため、基体９と被覆層１１との接合性を高めることができ、被覆層１１が基体９から剥離する可能性を低減することができる。それゆえ、第２実施形態の被覆工具２０は、耐久性に優れたものとなっている。
第２ＡｌＴｉ部１３ａｂ及び第２ＡｌＣｒ部１３ｂｂのそれぞれが基体９に接していることは、第１ＡｌＴｉ部１３ａａ及び第１ＡｌＣｒ部１３ｂａのそれぞれが基体９に接していることと同様に定義することができる。また、上記のイオンプレーティング法における第１の手順及び第２の手順を交互に繰り返す際に、第２ＡｌＴｉ部１３ａｂ及び第２ＡｌＣｒ部１３ｂｂのそれぞれが基体９に接するように、第１の手順及び第２の手順におけるそれぞれの条件を適宜調整することによって、第２ＡｌＴｉ部１３ａｂをさらに有する複数のＡｌＴｉ部１３ａ及び第２ＡｌＣｒ部１３ｂｂをさらに有する複数のＡｌＣｒ部１３ｂを作製することが可能である。
第２ＡｌＴｉ部１３ａｂは、互いに離れた複数の領域１３ａｂ１において基体９に接していてもよい。このような構成を満たすときは、部分Ｐ２及び部分Ｐ３の数を増やすことができるので、クラックの進展を抑制する効果を高めることができる。領域１３ａｂ１の数は、２つ以上であればよいが、例えば、２〜１００００に設定できる。
特に１μｍ2あたりの領域１３ａｂ１の数が２〜２０である場合には、クラックの進展を抑制する効果をさらに高めることができる。また、被覆層１１の表面に直交する断面において、被覆層１１の厚み方向に直交する方向での１μｍあたりの領域１３ａｂ１の数が２〜５である場合にも、クラックの進展を抑制する効果をさらに高めることができる。
＜切削工具＞
次に、本開示の様々な実施形態に係る切削工具について図面を用いて説明する。
次に、本開示の様々な実施形態に係る切削工具について図面を用いて説明する。
実施形態の一例の切削工具１０１は、図６に示すように、第１端（図６における上端）から第２端（図６における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図７に示すように、第１端側（先端側）にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の第１実施形態に係る被覆工具１とを備えている。切削工具１０１は、被覆工具１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシート（不図示）が挟まれていてもよい。
被覆工具１は、第１面３及び第２面５が交わる稜線における切刃７として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。実施形態の一例においては、被覆工具１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。
ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
実施形態の一例においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工などが挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に被覆工具１を用いてもよい。
なお、一例の切削工具１０１では、被覆工具１を用いる場合を例にとって説明したが、被覆工具１に代えて、第２実施形態に係る被覆工具２０を用いてもよい。
また、本開示の全体において、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。
１・・・被覆工具
３・・・第１面
３ａ・・・すくい面領域
５・・・第２面
５ａ・・・逃げ面領域
７・・・切刃
８・・・第３面
９・・・基体
１１・・・被覆層
１３・・・第１部位
１３ａ・・・ＡｌＴｉ部
１３ａａ・・・第１ＡｌＴｉ部
１３ａａ１・・・領域
１３ａｂ・・・第２ＡｌＴｉ部
１３ａｂ１・・・領域
１３ｂ・・・ＡｌＣｒ部
１３ｂａ・・・第１ＡｌＣｒ部
１３ｂａ１・・・領域
１３ｂ１・・・内側面
１３ｂ２・・・外側面
１３ｂ３・・・窪み部
１３ｂｂ・・・第２ＡｌＣｒ部
１５・・・第２部位
１５ａ・・・ＡｌＴｉ層
１５ｂ・・・ＡｌＣｒ層
１７・・・貫通孔
２０・・・被覆工具
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
３・・・第１面
３ａ・・・すくい面領域
５・・・第２面
５ａ・・・逃げ面領域
７・・・切刃
８・・・第３面
９・・・基体
１１・・・被覆層
１３・・・第１部位
１３ａ・・・ＡｌＴｉ部
１３ａａ・・・第１ＡｌＴｉ部
１３ａａ１・・・領域
１３ａｂ・・・第２ＡｌＴｉ部
１３ａｂ１・・・領域
１３ｂ・・・ＡｌＣｒ部
１３ｂａ・・・第１ＡｌＣｒ部
１３ｂａ１・・・領域
１３ｂ１・・・内側面
１３ｂ２・・・外側面
１３ｂ３・・・窪み部
１３ｂｂ・・・第２ＡｌＣｒ部
１５・・・第２部位
１５ａ・・・ＡｌＴｉ層
１５ｂ・・・ＡｌＣｒ層
１７・・・貫通孔
２０・・・被覆工具
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
Claims (9)
- 基体と、該基体の上に位置する被覆層とを備え、
該被覆層は、前記基体の上に位置する第１部位と、該第１部位の上に位置する第２部位とを有し、
前記第１部位は、アルミニウム及びチタンを含有するＡｌＴｉ部と、アルミニウム及びクロムを含有するＡｌＣｒ部とを有し、前記ＡｌＴｉ部及び前記ＡｌＣｒ部のそれぞれが、前記基体に接しており、
前記第２部位は、アルミニウム及びチタンを含有するＡｌＴｉ層と、アルミニウム及びクロムを含有するＡｌＣｒ層とをそれぞれ複数有し、前記ＡｌＴｉ層及び前記ＡｌＣｒ層が交互に位置していることを特徴とする被覆工具。 - 前記ＡｌＴｉ部は、互いに離れた複数の領域において前記基体に接していることを特徴とする請求項１に記載の被覆工具。
- 前記第１部位は、互いに離れて位置する複数の前記ＡｌＴｉ部を有していることを特徴とする請求項２に記載の被覆工具。
- 前記ＡｌＣｒ部は、互いに離れた複数の領域において前記基体に接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の被覆工具。
- 前記第１部位は、互いに離れて位置する複数の前記ＡｌＣｒ部を有していることを特徴とする請求項４に記載の被覆工具。
- 前記基体は、炭化タングステンを主成分として含有する第１相と、コバルトを主成分として含有する第２相とを備え、
前記ＡｌＴｉ部及び前記ＡｌＣｒ部のそれぞれが、前記第２相に接していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の被覆工具。 - 前記ＡｌＴｉ部及び前記ＡｌＣｒ部のそれぞれが、コバルトを含有していることを特徴とする請求項６に記載の被覆工具。
- 前記ＡｌＴｉ部及び前記ＡｌＣｒ部におけるコバルトの含有比率が、複数の前記ＡｌＴｉ層及び複数の前記ＡｌＣｒ層におけるコバルトの含有比率よりも高いことを特徴とする請求項６に記載の被覆工具。
- 先端側にポケットを有するホルダと、
前記ポケットに位置する請求項１〜８のいずれか１つに記載の被覆工具とを備えた切削工具。
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